FR2921075A1 - CONTINUOUS PROCESS FOR OBTAINING COMPOSITE FIBERS BASED ON COLLOIDAL PARTICLES AND DEVICE FOR IMPLEMENTING SAID METHOD - Google Patents

CONTINUOUS PROCESS FOR OBTAINING COMPOSITE FIBERS BASED ON COLLOIDAL PARTICLES AND DEVICE FOR IMPLEMENTING SAID METHOD Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne un procédé d'obtention de fibres composites, comprenant la dispersion de particules colloïdales dans un solvant, l'injection de la dispersion dans un co-écoulement d'une solution de coagulation pour former une pré-fibre, la circulation de la pré-fibre dans une conduite, l'extraction, le lavage éventuel et le séchage de la pré-fibre pour obtenir une fibre, et le bobinage de la fibre ainsi obtenue, caractérisé en ce que le temps de résidence minimum de la pré-fibre au sein de la conduite est ajusté afin qu'elle ait une résistance mécanique suffisante pour être extraite de la conduite, et en ce que son extraction soit verticale continue. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, et les fibres ainsi obtenues.The present invention relates to a process for obtaining composite fibers, comprising dispersing colloidal particles in a solvent, injecting the dispersion into a co-flow of a coagulation solution to form a pre-fiber, the circulation of the pre-fiber in a pipe, the extraction, the optional washing and the drying of the pre-fiber to obtain a fiber, and the winding of the fiber thus obtained, characterized in that the minimum residence time of the pre-fiber, fiber within the pipe is adjusted so that it has sufficient mechanical strength to be extracted from the pipe, and that its extraction is vertical continuous. The invention also relates to a device for carrying out the process, and the fibers thus obtained.

Description

Procédé continu d'obtention de fibres composites à base de particules colloïdales et dispositif pour sa mise en oeuvre La présente invention concerne un procédé continu d'obtention de fibres composites à base de particules colloïdales, et notamment de nanotubes de carbone. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. Selon un autre aspect de l'invention, elle vise des fibres élaborées à partir de particules colloïdales. The present invention relates to a continuous process for obtaining composite fibers based on colloidal particles, and in particular carbon nanotubes. The invention also relates to a device for implementing the method. According to another aspect of the invention, it relates to fibers made from colloidal particles.

Les nanotubes de carbone (ou NTC) sont connus et possèdent des structures cristallines particulières, de forme tubulaire, creuses et closes, composées d'atomes disposés régulièrement en pentagones, hexagones et/ou heptagones, obtenues à partir de carbone. Les NTC sont en général constitués d'un ou plusieurs feuillets de graphite enroulés. On distingue ainsi les nanotubes monoparois Single Wall Nanotubes ou SWNT) et les nanotubes mul.tiparois (Multi Wall Nanotubes ou MWNT). Carbon nanotubes (or CNTs) are known and possess particular crystalline structures, tubular, hollow and closed, composed of atoms arranged regularly in pentagons, hexagons and / or heptagons, obtained from carbon. CNTs generally consist of one or more coiled graphite sheets. Single-walled Nanotubes (Nanotubes or SWNTs) and multiwall nanotubes (Multi Wall Nanotubes or MWNTs) are thus distinguished.

Les NTC sont disponibles dans le commerce ou peuvent être préparés par des méthodes connues. Il existe plusieurs procédés de synthèse de NTC, notamment la décharge électrique, l'ablation laser et le dépôt chimique en phase vapeur ou CVD (Chemical Vapour Deposition) qui permet d'assurer la fabrication en grande quantité de nanotubes de carbone et donc leur obtention à un prix de revient compatible avec leur utilisation massive. Ce procédé consiste précisément à injecter une source de carbone à relativement haute température sur un catalyseur q.zi peut lui-même être constitué d'un métal tel que le fer, le cobalt, le nickel ou le molybdène, supporté sur un solide inorganique tel que l'alumine, la silice ou la magnésie. Les sources de carbone peuvent comprendre le méthane, l'éthane, l'éthylène, l'acétylène, l'éthanol, le méthanol, voire un mélange de monoxyde de carbone et d'hydrogène (procédé HIPCO). CNTs are commercially available or can be prepared by known methods. There are several methods of synthesis of CNTs, including electrical discharge, laser ablation and chemical vapor deposition or CVD (Chemical Vapor Deposition) which ensures the production of large quantities of carbon nanotubes and therefore obtaining them at a cost price compatible with their massive use. This process consists precisely of injecting a source of carbon at relatively high temperature over a catalyst q.zi may itself consist of a metal such as iron, cobalt, nickel or molybdenum, supported on an inorganic solid such as than alumina, silica or magnesia. Carbon sources may include methane, ethane, ethylene, acetylene, ethanol, methanol or even a mixture of carbon monoxide and hydrogen (HIPCO process).

Ainsi la demande WO 86/03455A1 d'Hyperion Catalysis International Inc. décrit notamment la synthèse des NTC. Thus the application WO 86 / 03455A1 of Hyperion Catalysis International Inc. describes in particular the synthesis of CNTs.

Plus particulièrement, le procédé comprend la mise en contact d'une particule à base de métal tel que notamment le fer, le cobalt ou le nickel, avec un composé gazeux à base de carbone, à une température comprise entre 850°C et 1200°C, la proportion en poids sec du composé à base de carbone par rapport à la particule à base de métal étant d'au moins environ 100 :1. More particularly, the process comprises contacting a metal-based particle such as, in particular, iron, cobalt or nickel, with a gaseous compound based on carbon, at a temperature of between 850 ° C. and 1200 ° C. C, the dry weight proportion of the carbon-based compound relative to the metal-based particle being at least about 100: 1.

Les NTC possèdent de nombreuses propriétés performantes à savoir électroniques, thermiques, chimiques et mécaniques. Parmi leurs applications, on peut citer, notamment, les matériaux composites destinés notamment à l'industrie automobile et aéronautique, les actionneurs électromécaniques, les câbles, les fils résistants, les détecteurs chimiques, le stockage et la conversion d'énergie, les afficheurs à émission d'électrons, les composants électroniques, et les textiles fonctionnels. CNTs have many powerful properties namely electronic, thermal, chemical and mechanical. Among their applications, mention may be made, in particular, of composite materials intended in particular for the automotive and aerospace industry, electromechanical actuators, cables, resistant wires, chemical detectors, energy storage and conversion, electron emission, electronic components, and functional textiles.

Généralement, lorsqu'ils sont synthétisés, les NTC sont sous la forme d'une poudre désorganisée, ce qui les rend difficile à mettre en oeuvre en vue de l'exploitation de leurs propriétés. Notamment, pour la fabrication des systèmes composites, il est nécessaire que les NTC soient présents en grandes quantités et orientés dans une direction privilégiée. Ainsi, la concentration et l'orientation des NTC sont des paramètres importants à prendre en considération pour exploiter leurs propriétés à l'échelle macroscopique. Generally, when they are synthesized, the CNTs are in the form of a disorganized powder, which makes them difficult to implement in order to exploit their properties. In particular, for the manufacture of composite systems, it is necessary for the CNTs to be present in large quantities and oriented in a preferred direction. Thus, the concentration and orientation of CNTs are important parameters to consider in order to exploit their properties on a macroscopic scale.

L'une des solutions pour pallier ce problème consiste à élaborer des fibres composites. Pour cela, les nanotubes peuvent être incorporés dans une matrice telle qu'un polymère organique. On peut alors procéder au filage, selon des technologies traditionnelles, qui permet par des étirements et/ou des cisaillements d'orienter les NTC selon l'axe de la fibre. Toutefois, cette technique ne permet pas d'obtenir de hautes fractions en NTC dans les fibres et la présence d'agrégats, dus à la forte quantité de NTC dispersés dans la matrice, fragilise les fibres qui peuvent alors se rompre. One of the solutions to overcome this problem is to develop composite fibers. For this, the nanotubes may be incorporated in a matrix such as an organic polymer. We can then proceed to spinning, according to traditional technologies, which allows by stretching and / or shearing to orient the CNT along the axis of the fiber. However, this technique does not make it possible to obtain high NTC fractions in the fibers and the presence of aggregates, due to the large amount of NTCs dispersed in the matrix, weakens the fibers which can then break.

Une autre solution, proposée dans la demande de brevet WO 01/63028, consiste à disperser de façon homogène des particules colloïdales, notamment des NTC, dans un solvant aqueux ou organique à l'aide éventuellement d'un tensioactif, et à injecter cette dispersion dans un autre liquide, nommé solution de coagulation, qui s'écoule dans une conduite autour de la dispersion afin d'obtenir une pré-fibre. La pré-fibre ainsi obtenue est séchée pour former une fibre. Ce procédé permet d'obtenir des fibres dont la fraction massique de nanotubes peut varier entre 10% et 100% et d'éviter la formation d'agrégats. Cependant, ce procédé est lent puisqu'il consiste en deux étapes distinctes (formation de la pré-fibre puis récupération dans un bac intermédiaire ; et extraction de la pré-fibre pour séchage et bobinage final) et limite la production des fibres, ce qui le rend inadapté à l'échelle industrielle. En effet, une fois le bac de récupération rempli, le processus doit être stoppé et il est alors également nécessaire d'extraire les pré-fibres formées et stockées dans le bac intermédiaire de récupération. Un autre inconvénient est l'absence de contrôle du temps de résidence des pré-fibres dans la solution de coagulation. Another solution, proposed in the patent application WO 01/63028, consists of homogeneously dispersing colloidal particles, in particular CNTs, in an aqueous or organic solvent possibly using a surfactant, and injecting this dispersion. in another liquid, called coagulation solution, which flows in a pipe around the dispersion to obtain a pre-fiber. The pre-fiber thus obtained is dried to form a fiber. This process makes it possible to obtain fibers whose mass fraction of nanotubes can vary between 10% and 100% and to avoid the formation of aggregates. However, this process is slow since it consists of two distinct stages (formation of the pre-fiber then recovery in an intermediate tank, and extraction of the pre-fiber for final drying and winding) and limits the production of the fibers, which makes it unsuitable on an industrial scale. Indeed, once the recovery tank filled, the process must be stopped and it is then also necessary to extract the pre-fibers formed and stored in the intermediate tray recovery. Another disadvantage is the lack of control of the residence time of the pre-fibers in the coagulation solution.

En effet, les parties de pré-fibre formées dans les premiers instants restent un temps étendu en présence de la solution de coagulation tant qu'elles demeurent dans le bac de récupération, contrairement aux portions de pré-fibre formées en fin d'opération qui y ont séjourné moins longtemps. Or, le temps de résidence est susceptible d'affecter la structure et les propriétés des fibres. Ce procédé ne permet donc pas de préparer de manière continue des fibres homogènes. Indeed, the pre-fiber parts formed in the first instants remain an extended time in the presence of the coagulation solution as long as they remain in the recovery tank, unlike the pre-fiber portions formed at the end of operation which stayed there less However, the residence time is likely to affect the structure and properties of the fibers. This method therefore does not make it possible to continuously prepare homogeneous fibers.

Il subsiste donc le besoin de proposer un procédé simple, rapide, économique et adapté à l'échelle industrielle, permettant de préparer des fibres composites homogènes à partir de particules colloïdales. There is therefore still a need to provide a simple, fast, economical and suitable process on an industrial scale, making it possible to prepare homogeneous composite fibers from colloidal particles.

La Demanderesse a découvert que ce besoin pouvait être satisfait par la mise en oeuvre d'un procédé continu permettant de contrôler le temps de résidence d'une pré-fibre dans l'écoulement d'une solution de coagulation en ajustant la longueur de la conduite et en utilisant un système d'extraction en configuration verticale de ladite pré-fibre. The Applicant has discovered that this need could be satisfied by the implementation of a continuous process making it possible to control the residence time of a pre-fiber in the flow of a coagulation solution by adjusting the length of the pipe. and using an extraction system in vertical configuration of said pre-fiber.

La présente invention a ainsi pour objet un procédé continu d'obtention de fibres composites, ledit procédé comprenant . - la dispersion de particules colloïdales dans un solvant à l'aide éventuellement d'un agent tensioactif, - l'injection de la dispersion de particules colloïdales dans un co-écoulement d'une solution de coagulation pour former une pré-fibre, - la circulation de ladite pré-fibre dans une conduite, - l'extraction de ladite pré-fibre, - le lavage éventuel de ladite pré-fibre, - le séchage de ladite pré-fibre pour obtenir une fibre, et - le bobinage de la fibre ainsi obtenue, caractérisé en ce que le temps de résidence minimum de la pré-fibre au sein de ladite conduite est ajusté de manière à ce que la pré-fibre ait une résistance mécanique suffisante pour être extraite de ladite conduite, et en ce que l'extraction de ladite pré-fibre est une extraction verticale continue. The present invention thus relates to a continuous process for obtaining composite fibers, said process comprising: the dispersion of colloidal particles in a solvent possibly using a surfactant; the injection of the dispersion of colloidal particles into a co-flow of a coagulation solution to form a pre-fiber; circulating said pre-fiber in a pipe, - extracting said pre-fiber, - optionally washing said pre-fiber, - drying said pre-fiber to obtain a fiber, and - winding the fiber thus obtained, characterized in that the minimum residence time of the pre-fiber within said conduit is adjusted so that the pre-fiber has sufficient mechanical strength to be extracted from said conduit, and that extraction of said pre-fiber is a continuous vertical extraction.

Le procédé selon l'invention peut être appliqué aux particules colloïdales en général, et plus particulièrement aux particules anisotropes telles que des nanotubes comme par exemple les nanotubes de carbone, le sulfure de tungstène, le sulfure de molybdène, le nitrure de bore, l'oxyde de vanadium, les whiskers de cellulose, les whiskers de carbure de silicium, et les plaquettes d'argile. On préfère utiliser des nanotubes de carbone. The process according to the invention can be applied to colloidal particles in general, and more particularly to anisotropic particles such as nanotubes, for example carbon nanotubes, tungsten sulphide, molybdenum sulphide, boron nitride, vanadium oxide, cellulose whiskers, silicon carbide whiskers, and clay chips. It is preferred to use carbon nanotubes.

Les nanotubes de carbone utilisables selon l'invention peuvent être du type monoparoi, à double paroi ou à parois multiples. Les nanotubes à double paroi peuvent notamment être préparés comme décrit par FLAHAUT et al dans Chem. Com. (2003), 1442. Les nanotubes à parois multiples peuvent de leur côté être préparés comme décrit dans le document WO 03/02456. The carbon nanotubes that can be used according to the invention can be of the single-walled, double-walled or multi-walled type. The double-walled nanotubes can in particular be prepared as described by FLAHAUT et al in Chem. Com. (2003), 1442. The multi-walled nanotubes may themselves be prepared as described in WO 03/02456.

Les nanotubes mis en oeuvre selon l'invention ont habituellement un diamètre moyen allant de 0,1 à 200 nm, de préférence de 0,1 à 100 nm, plus préférentiellement de 0,4 à 50 nm et, mieux, de 1 à 30 nm et avantageusement une longueur de plus de 0,1 pm et avantageusement de 0,1 à 20 pm, par exemple d'environ 6 pm. Leur rapport longueur/diamètre est avantageusement supérieur à 10 et le plus souvent supérieur à 100. Ces nanotubes comprennent donc notamment les nanotubes dits "VGCF" (fibres de carbone obtenues par dépôt chimique en phase vapeur, ou Vapor Grown Carbon Fibers). Leur surface spécifique est par exemple comprise entre 100 et 300 m2/g et leur densité apparente peut notamment être comprise entre 0,05 et 0,5 g/cm3 et plus préférentiellement entre 0,1 et 0,2 g/cm3. Les nanotubes de carbone multiparois peuvent par exemple comprendre de 5 à 15 feuillets et plus préférentiellement de 7 à 10 feuillets. The nanotubes used according to the invention usually have a mean diameter ranging from 0.1 to 200 nm, preferably from 0.1 to 100 nm, more preferably from 0.4 to 50 nm and better still from 1 to 30 nm. and preferably a length of more than 0.1 μm and preferably 0.1 to 20 μm, for example about 6 μm. Their length / diameter ratio is advantageously greater than 10 and most often greater than 100. These nanotubes therefore comprise in particular nanotubes known as "VGCF" (carbon fibers obtained by chemical vapor deposition or Vapor Grown Carbon Fibers). Their specific surface area is for example between 100 and 300 m 2 / g and their apparent density may especially be between 0.05 and 0.5 g / cm 3 and more preferably between 0.1 and 0.2 g / cm 3. The multiwall carbon nanotubes may for example comprise from 5 to 15 sheets and more preferably from 7 to 10 sheets.

Un exemple de nanotubes de carbone bruts est notamment disponible dans le commerce auprès de la société ARKEMA sous la dénomination commerciale Graphistrengt:h C100. An example of crude carbon nanotubes is in particular commercially available from ARKEMA under the trade name Graphistrengt: h C100.

Les nanotubes peuvent être purifiés et/ou traités (en particulier oxydés) et/ou broyés, avant leur mise en oeuvre dans le procédé selon l'invention. Ils peuvent également être fonctionnalisés par des méthodes de chimie en solution comme l'amination ou la réaction avec des agents de couplage. The nanotubes may be purified and / or treated (in particular oxidized) and / or milled before being used in the process according to the invention. They can also be functionalized by solution chemistry methods such as amination or reaction with coupling agents.

Le broyage des nanotubes peut être notamment effectué à froid ou à chaud et être réalisé selon les techniques connues mises en oeuvre dans des appareils tels que broyeurs à boulets, à marteaux, à meules, à couteaux, jet de gaz ou tout autre système de broyage susceptible de réduire la taille du réseau enchevêtré de nanotubes. On préfère que cette étape de broyage soit pratiquée selon une technique de broyage par jet de gaz et en particulier dans un broyeur à jet d'air. The grinding of the nanotubes may in particular be carried out cold or hot and be carried out according to known techniques used in apparatus such as ball mills, hammers, grinders, knives, gas jet or any other grinding system. likely to reduce the size of the entangled network of nanotubes. It is preferred that this grinding step is performed according to a gas jet grinding technique and in particular in an air jet mill.

La purification des nanotubes peut être réalisée par lavage à l'aide d'une solution d'acide sulfurique, ou d'un autre acide, de manière à les débarrasser d'éventuelles impuretés minérales et métalliques résiduelles, provenant de leur procédé de préparation. Le rapport pondéral des nanotubes à l'acide sulfurique peut notamment être compris entre 1 :2 et 1 :3. L'opération de purification peut par ailleurs être effectuée à une température allant de 90 à 120°C, par exemple pendant une durée de 5 à 10 heures. Cette opération peut avantageusement être suivie d'étapes de rinçage à l'eau et de séchage des nanotubes purifiés. The purification of the nanotubes may be carried out by washing with a sulfuric acid solution, or another acid, so as to rid them of any residual mineral and metal impurities from their preparation process. The weight ratio of the nanotubes to the sulfuric acid may especially be between 1: 2 and 1: 3. The purification operation may also be carried out at a temperature ranging from 90 to 120 ° C, for example for a period of 5 to 10 hours. This operation may advantageously be followed by rinsing steps with water and drying the purified nanotubes.

L'oxydation des nanotubes est avantageusement réalisée en mettant ceux-ci en contact avec une solution d'hypochlorit:e de sodium renfermant de 0,5 à 15% en poids de NaOC1 et de préférence de 1 à Io % en poids de NaOCl, par exemple dans un rapport pondéral des nanotubes à l'hypochlorite de sodium allant de 1:0,1 à 1:1. L'oxydation est avantageusement réalisée à une température inférieure à 60°C et de préférence à température ambiante, pendant une durée allant de quelques minutes à 24 heures. Cette opération d'oxydation peut avantageusement être suivie d'étapes de filtration et/ou centrifugation, lavage et séchage des nanotubes oxydés. The oxidation of the nanotubes is advantageously carried out by putting them in contact with a solution of sodium hypochlorite containing from 0.5 to 15% by weight of NaOCl and preferably from 1 to 10% by weight of NaOCl. for example in a weight ratio of nanotubes to sodium hypochlorite ranging from 1: 0.1 to 1: 1. The oxidation is advantageously carried out at a temperature below 60 ° C. and preferably at room temperature, for a duration ranging from a few minutes to 24 hours. This oxidation operation may advantageously be followed by filtration and / or centrifugation, washing and drying steps of the oxidized nanotubes.

La première étape du procédé selon l'invention peut notamment être telle que décrite dans la demande WO 01/63028. Elle consiste ainsi à disperser des particules colloïdales (de nature hydrophobe) dans un solvant aqueux ou organique tel que l'eau ou un alcool comme l'éthanol, éventuellement à l'aide d'un agent tensioactif classiquement: utilisé pour disperser des particules hydrophobes dans un tel solvant. Dans le cas où le solvant utilisé est de l'eau, une telle dispersion peut être obtenue avec différents tensioactifs moléculaires ou polymères, anioniques, cationiques ou neutres tel que, notamment, du dodécyl sulfate de sodium (SDS), des esters alkylaryliques ou du bromure de tétradécyltriméthylammonium. Selon les caractéristiques des agents utilisés, leur concentration varie de quelques millièmes de % à quelques The first step of the process according to the invention may especially be as described in application WO 01/63028. It thus consists in dispersing colloidal particles (of hydrophobic nature) in an aqueous or organic solvent such as water or an alcohol such as ethanol, optionally using a surfactant conventionally used to disperse hydrophobic particles. in such a solvent. In the case where the solvent used is water, such a dispersion can be obtained with different molecular or polymeric, anionic, cationic or neutral surfactants such as, in particular, sodium dodecyl sulfate (SDS), alkylaryl esters or tetradecyltrimethylammonium bromide. Depending on the characteristics of the agents used, their concentration varies from a few thousandths of a few

Concernant la quantité de particules colloïdales dans la dispersion, il est préférable d'utiliser les suspensions les plus concentrées possibles tout en essayant de garder les suspensions homogènes. Par exemple, lorsque le solvant est l'eau, il est avantageux d'utiliser une concentration massique en nanotubes comprise entre 0,1% et 2% et une concentration massique en SDS comprise entre 0,5% et 2%. Regarding the amount of colloidal particles in the dispersion, it is best to use the most concentrated suspensions possible while trying to keep the suspensions homogeneous. For example, when the solvent is water, it is advantageous to use a mass concentration of nanotubes of between 0.1% and 2% and a mass concentration of SDS of between 0.5% and 2%.

La seconde étape du procédé selon l'invention consiste à injecter la dispersion obtenue après la première étape à travers au moins un orifice débouchant dans le co-écoulement, avantageusement laminaire, d'une solution de coagulation dont la viscosité doit, de préférence, être supérieure à celle de ladite dispersion, les viscosités étant mesurées dans les mêmes conditions de température et de pression, afin de provoquer en raison des forces de cisaillement l'alignement des particules colloïdales dans le sens imposé initialement par l'écoulement de ladite solution de coagulation. The second step of the process according to the invention consists in injecting the dispersion obtained after the first step through at least one opening opening into the co-flow, advantageously laminar, of a coagulation solution whose viscosity must preferably be greater than that of said dispersion, the viscosities being measured under the same conditions of temperature and pressure, in order to cause the shearing forces to cause the alignment of the colloidal particles in the direction initially imposed by the flow of said coagulation solution .

La solution de coagulation est également nommée solution de floculation, voire encore solution coagulante. On peut utiliser comme coagulant un polymère tel qu'un polyol ou un polyalcool (alcool polyvinylique (PVA), qui a aussi un rôle viscosifiant, alginate ou cellulose) ou un minéral (argile), comme décrit dans la demande WO 01/63028. On peut citer comme solvants notamment l'eau ou le DMSO (dimethyl sulfoxide). De préférence, la solution est une solution de polymère et encore plus préférentiellement une solution d'alcool polyvinylique. On peut utiliser, notamment, des solutions d'alcool polyvinylique dans l'eau ou le DMSO (dimethyl sulfoxide) à des concentrations massiques comprises entre 1% en poids et 10% en poids par rapport au poids total de la solution de coagulation, avec des masses moléculaires variées. The coagulation solution is also called flocculation solution or even coagulating solution. It is possible to use as coagulant a polymer such as a polyol or a polyalcohol (polyvinyl alcohol (PVA), which also has a viscosifying role, alginate or cellulose) or a mineral (clay), as described in application WO 01/63028. Solvents include water or DMSO (dimethyl sulfoxide). Preferably, the solution is a polymer solution and even more preferably a solution of polyvinyl alcohol. It is possible to use, in particular, solutions of polyvinyl alcohol in water or DMSO (dimethyl sulfoxide) at mass concentrations of between 1% by weight and 10% by weight relative to the total weight of the coagulation solution, with various molecular weights.

La vitesse d'écoulement de la solution de coagulation mesurée au centre de la conduite est de 1 m/min à 100 m/min, de préférence de 2 m/min à 50 m/min, et encore plus préférentiellement de 5 m/min à 25 m/min. La viscosité mesurée à 20°C dans une cellule de Couette de la solution de coagulation est comprise entre 1 mPa.s et 1000 mPa.s, de préférence comprise entre 30 mPa.s et 300 mPa.s. 10 De manière avantageuse, la dispersion de particules colloïdales est injectée à travers une aiguille et/ou une buse cylindrique ou conique non poreuse dans le coécoulement de la solution de coagulation. La vitesse 15 moyenne d'injection de la dispersion est comprise entre 0,1 m/min et 50 m/min, de préférence comprise entre 0,5 m/min et 20 m/min, et encore plus préférentiellement comprise entre 1 m/min et 6 m/min. La solution coagulante induit la coagulation sous forme d'une pré-fibre par 20 déstabilisation de la dispersion de particules colloïdales. Pour que les particules s'orientent, il est préférable que la vitesse d'injection de la dispersion soit inférieure à la vitesse d'écoulement de la solution de coagulation. Cette différence de vitesse entraîne en 25 sortie d'aiguille ou de buse un cisaillement qui provoque l'orientation. préférentielle des particules dans l'axe de la pré-fibre qui se forme. La viscosité de la dispersion injectée est à 20°C comprise entre 1 mPa.s et 100 mPa.s, de préférence comprise entre 1 mPa.s et 10 mPa.s. 30 Dans un mode de réalisation particulier, la coagulation est assurée par l'adsorption des chaînes polymères du coagulant sur les particules colloïdales.5 La pré--fibre ainsi formée et la solution de coagulation s'écoulent ensuite dans une conduite avantageusement cylindrique ayant une longueur L définie par l'équation suivante L = Tmin * V dans laquelle V est la vitesse de circulation de la pré-fibre dans la conduite, cette vitesse étant mesurée au centre de l'écoulement de la solution de coagulation, c'est-à-dire au centre de la conduite, et Tmin est le temps de résidence minimum. The flow rate of the coagulation solution measured at the center of the pipe is from 1 m / min to 100 m / min, preferably from 2 m / min to 50 m / min, and even more preferably from 5 m / min. at 25 m / min. The viscosity measured at 20 ° C. in a Couette cell of the coagulation solution is between 1 mPa.s and 1000 mPa.s, preferably between 30 mPa.s and 300 mPa.s. Advantageously, the dispersion of colloidal particles is injected through a needle and / or a nonporous cylindrical or conical nozzle into the coagulation of the coagulation solution. The average injection speed of the dispersion is between 0.1 m / min and 50 m / min, preferably between 0.5 m / min and 20 m / min, and even more preferably between 1 m / min. min and 6 m / min. The coagulant solution induces coagulation as a pre-fiber by destabilization of the colloidal particle dispersion. For the particles to orient, it is preferable that the injection speed of the dispersion is lower than the flow rate of the coagulation solution. This difference in speed results in needle or nozzle exit shearing which causes orientation. preferential particles in the axis of the pre-fiber that is formed. The viscosity of the injected dispersion is at 20 ° C. between 1 mPa.s and 100 mPa.s, preferably between 1 mPa.s and 10 mPa.s. In a particular embodiment, coagulation is ensured by the adsorption of the coagulant polymer chains on the colloidal particles. The pre-fiber thus formed and the coagulation solution then flow into an advantageously cylindrical pipe having a length L defined by the following equation L = Tmin * V in which V is the speed of circulation of the pre-fiber in the pipe, this speed being measured at the center of the flow of the coagulation solution, that is, ie at the center of the pipe, and Tmin is the minimum residence time.

Dans l'équation ci-dessus, on entend par temps de résidence minimum Tmin de la pré-fibre dans la solution de coagulation dans le cadre de la présente invention, le temps de séjour minimum de la pré- fibre dans la conduite, qui est nécessaire pour conférer à la pré-fibre une tenue suffisante permettant son extraction hors de la conduite. Ce temps correspond au temps pendant lequel la pré-fibre va interagir avec la solution de coagulation. Ce paramètre réait la solidité de ladite pré-fibre. In the equation above, the minimum residence time Tmin of the pre-fiber in the coagulation solution in the context of the present invention is understood to mean the minimum residence time of the pre-fiber in the pipe, which is necessary to give the pre-fiber sufficient strength to extract it out of the pipe. This time corresponds to the time during which the pre-fiber will interact with the coagulation solution. This parameter reifies the strength of said pre-fiber.

En effet, à l'échelle macroscopique, si le temps de résidence est: trop court, la pré-fibre sera trop fragile pour être extraite de la solution de coagulation et pourra se rompre à tout moment. In fact, at the macroscopic scale, if the residence time is too short, the pre-fiber will be too fragile to be extracted from the coagulation solution and may break at any moment.

En revanche, à partir d'une certaine valeur du temps de résidence nommé temps de résidence minimum, la pré-fibre aura une bonne tenue et pourra être extraite de la solution de coagulation sans se casser. However, from a certain value of the residence time named minimum residence time, the pre-fiber will have a good performance and can be extracted from the coagulation solution without breaking.

L'homme du métier saura déterminer par de simples opérations de routine le temps de résidence minimum. A titre indicatif, il peut être de quelques secondes à quelques dizaines de secondes. Those skilled in the art will be able to determine by simple routine operations the minimum residence time. As an indication, it can be from a few seconds to a few tens of seconds.

On comprend de ce qui précède que le temps de résidence et, par conséquent, la longueur de la conduite, est un paramètre essentiel et déterminant pour l'obtention de manière continue de fibres homogènes puisque le temps de résidence est susceptible d'affecter la structure et la propriété des fibres. It is understood from the foregoing that the residence time and, consequently, the length of the pipe, is an essential and determining parameter for the continuous production of homogeneous fibers since the residence time is likely to affect the structure and the property of the fibers.

Il est bien entendu qu'il est avantageux industriellement d'utiliser une conduite de longueur minimale pour réduire l'encombrement. La vitesse de circulation de la pré-fibre dans la conduite doit alors être diminuée au maximum si on veut respecter le temps de résidence minimum. It is understood that it is industrially advantageous to use a conduit of minimum length to reduce clutter. The speed of circulation of the pre-fiber in the pipe must then be reduced to the maximum if one wants to respect the minimum residence time.

Dans le procédé selon l'invention, il est donc possible d'ajuster la longueur de la conduite par un enchaînement de tubes en fonction de la vitesse d'écoulement de la solution de coagulation pour atteindre un temps de résidence donné avant l'extraction de la pré-fibre. In the process according to the invention, it is therefore possible to adjust the length of the pipe by a series of tubes depending on the flow rate of the coagulation solution to reach a given residence time before the extraction of the coagulation solution. the pre-fiber.

Dans un mode de réalisation particulier, la solution de coagulation comprend un polymère. Le temps de résidence minimum dépend de la cinétique de diffusion des chaînes du polymère au sein de la pré-fibre. Afin de réduire ce temps de résidence minimum, on peut donc utiliser des solutions de polymères de plus faibles masses moléculaires, ou des mélanges de différentes masses moléculaires, qui diffuseront alors plus rapidement au sein de la pré-fibre. 13 Une autre solution afin de diminuer le temps de résidence minimum, consiste à utiliser la voie chimique en ajoutant à la solution coagulante des agents qui favorisent la coagulation. In a particular embodiment, the coagulation solution comprises a polymer. The minimum residence time depends on the diffusion kinetics of the polymer chains within the pre-fiber. In order to reduce this minimum residence time, it is therefore possible to use solutions of polymers of lower molecular weights, or mixtures of different molecular masses, which will then diffuse more rapidly within the pre-fiber. Another solution for reducing the minimum residence time is to use the chemical route by adding to the coagulating solution agents which promote coagulation.

L'étape suivante du procédé selon l'invention consiste à extraire de manière continue la pré-fibre de la solution de coagulation. Cette extraction peut être réalisée indépendamment de la configuration choisie initialement pour le dispositif de mise en oeuvre du procédé, pour autant qu'elle soit effectuée verticalement. 15 En configuration verticale, en effet, l'extraction continue est effectuée par débordement de la solution de coagulation dans une enceinte placée autour de la conduite où s'écoulent la pré-fibre et la solution de 20 coagulation. La pré-fibre est ensuite entraînée de manière continue grâce à un rouleau placé au-dessus de la conduite, à une vitesse linéaire comprise entre 1 m/min et 100 m/min,, de préférence comprise entre 2 m/min et 50 m/min, et encore plus préférentiellement comprise entre 5 25 m/min et 25 m/min. The next step of the process according to the invention consists in continuously extracting the pre-fiber from the coagulation solution. This extraction can be performed independently of the configuration initially chosen for the device for implementing the method, provided that it is performed vertically. In the vertical configuration, in fact, the continuous extraction is carried out by overflow of the coagulation solution into an enclosure placed around the pipe in which the pre-fiber and the coagulation solution flow. The pre-fiber is then driven continuously by means of a roller placed above the pipe, at a linear speed of between 1 m / min and 100 m / min, preferably between 2 m / min and 50 m. / min, and even more preferably between 25 m / min and 25 m / min.

Cette configuration présente certains avantages majeurs pour l'obtention de fibres à l'échelle industrielle.. En effet:, le premier avantage est qu'il est possible de rediriger la solution de coagulation vers un réservoir ou enceinte extérieure pour la maintenir ensuite en re- 30 circulation. Dans un mode de réalisation particulier où la solution de coagulation comprend un polymère et qu'un tensioactif a été incorporé dans la dispersion de particules colloïdales, ce réservoir peut permettre un changement aisé de la solution de polymère pour éviter son éventuel vieillissement du au tensioactif employé ou à d'éventuelles dégradation chimiques. This configuration has certain major advantages for obtaining fibers on an industrial scale. Indeed, the first advantage is that it is possible to redirect the coagulation solution to a reservoir or external enclosure to maintain it thereafter. - 30 circulation. In a particular embodiment where the coagulation solution comprises a polymer and a surfactant has been incorporated in the dispersion of colloidal particles, this reservoir can allow an easy change of the polymer solution to prevent its possible aging of the surfactant used. or possible chemical degradation.

Un autre avantage de la configuration verticale est qu'elle permet un ajustement précis du temps de résidence. En effet, la pré-fibre n'étant pas stockée dans un bain intermédiaire, son temps de résidence au sein de la solution de coagulation est précis et identique en début ou en fin d'expérience. On obtient alors une pré-fibre homogène. Another advantage of the vertical configuration is that it allows a precise adjustment of the residence time. Indeed, the pre-fiber is not stored in an intermediate bath, its residence time in the coagulation solution is accurate and identical at the beginning or end of the experiment. This gives a homogeneous pre-fiber.

Cependant, l'extraction de la pré-fibre lors du débordement de la solution de coagulation dans l'enceinte extérieure peut être rendue difficile lorsque la vitesse d'écoulement V de la solution de coagulation dans le tube est grande. En effet, la solution de coagulation a alors tendance à entraîner la pré-fibre dans l'enceinte extérieure. On peut alors adapter des géométries en sortie de ccnduite, telles qu'une pièce conique ou une pièce avec des évasements successifs, pour provoquer un ralentissement de la pré-fibre et faciliter sa manipulation et son extraction. However, the extraction of the pre-fiber during the overflow of the coagulation solution in the outer enclosure can be made difficult when the flow rate V of the coagulation solution in the tube is large. Indeed, the coagulation solution then tends to cause the pre-fiber in the outer enclosure. It is then possible to adapt geometries at the outlet of the duct, such as a conical part or a part with successive flares, to cause a slowing down of the pre-fiber and to facilitate its handling and its extraction.

Encore un autre avantage de la configuration verticale est: l'affranchissement des effets de la gravité lors de l'écoulement de la pré-fibre dans la conduite. Yet another advantage of the vertical configuration is: the frankness of the effects of gravity during the flow of pre-fiber in the pipe.

En effet, en configuration horizontale, la pré-fibre ne reste pas toujours au centre de l'écoulement dans la conduite, sa densité étant différente de celle de la solution de coagulation. Il peut alors être nécessaire d'intégrer un coude à 90° en bout de conduite pour permettre l'extraction par débordement vertical. Indeed, in horizontal configuration, the pre-fiber does not always remain in the center of the flow in the pipe, its density being different from that of the coagulation solution. It may then be necessary to integrate a 90 ° elbow at the end of the pipe to allow extraction by vertical overflow.

Lorsque la conduite véhiculant la pré-fibre est en configuration. horizontale, il est possible d'effectuer un ou plusieurs virages à 180° pour enchaîner davantage de tubes. Si l'expérience se déroule dans un espace réduit, on peut par ce moyen ajuster la longueur de la conduite pour atteindre un temps de résidence donné. La pré-fibre n'est pas endommagée par ces virages si on choisit un rayon de courbure faible. Si le rayon de courbure est grand, la pré-fibre parcourt une grande distance et passe un long temps dans ces virages. Elle risque alors de s'écarter progressivement de l'axe du tube sous l'action de la force centrifuge, jusqu'à frotter sur les parois du tube, s'emmêler et/ou casser. When the pipe conveying the pre-fiber is in configuration. horizontal, it is possible to make one or more turns at 180 ° to chain more tubes. If the experiment takes place in a small space, the length of the pipe can be adjusted to reach a given residence time. The pre-fiber is not damaged by these turns if a low radius of curvature is chosen. If the radius of curvature is large, the pre-fiber travels a great distance and spends a long time in these bends. It may then gradually move away from the axis of the tube under the action of centrifugal force, until rubbing on the walls of the tube, get tangled and / or break.

Cependant, il est vraisemblable qu'au-delà d'un certain rayon de courbure, il doit être à nouveau possible de faire effectuer un demi-tour à la pré-fibre sans l'endommager. En effet, la force centrifuge augmente lorsque la différence de densité entre la pré-fibre et la solution de coagulation augmente. Elle croît également lorsque le rayon de courbure diminue ou lorsque la vitesse d'écoulement de la solution de coagulation et de la pré-fibre augmente. De même, le temps de passage dans le virage est diminué lorsque le rayon de courbure est réduit ou lorsque la vitesse d'écoulement de la solution coagulante et de la pré-fibre augmente. La réussite de ce demi-tour nécessite donc un compromis entre l'intensité de la force centrifuge appliquée à la pré-fibre et le temps de passage dans ce virage. However, it is likely that beyond a certain radius of curvature, it must again be possible to make a half turn to the pre-fiber without damaging it. Indeed, the centrifugal force increases when the difference in density between the pre-fiber and the coagulation solution increases. It also increases when the radius of curvature decreases or when the flow rate of the coagulation solution and the pre-fiber increases. Likewise, the passage time in the turn is decreased when the radius of curvature is reduced or when the flow velocity of the coagulant solution and the pre-fiber increases. The success of this turn requires a compromise between the intensity of the centrifugal force applied to the pre-fiber and the passage time in this turn.

Après l'extraction continue de la pré-fibre de la conduite, celle-ci peut être entraînée vers un bac de lavage comprenant de l'eau. Dans un mode de réalisation particulier où une solution de coagulation comprenant un polymère est utilisée, l'étape de lavage permet d'éliminer une partie du polymère périphérique de la pré-fibre et ainsi d'enrichir la composition de la pré-fibre en particules colloïdales. En outre, le bain de lavage peut comprendre des agents qui permettent de modifier la composition de la pré-fibre ou qui interagissent chimiquement avec celle-ci. Notamment, des agents de réticulation chimique ou physique peuvent être ajoutés au bain afin de renforcer la pré-fibre. After continuous extraction of the pre-fiber from the pipe, it can be driven to a wash tank comprising water. In a particular embodiment where a coagulation solution comprising a polymer is used, the washing step makes it possible to eliminate a portion of the peripheral polymer from the pre-fiber and thus to enrich the composition of the particulate pre-fiber. colloid. In addition, the washing bath may comprise agents which make it possible to modify the composition of the pre-fiber or which chemically interact with it. In particular, chemical or physical crosslinking agents may be added to the bath to reinforce the pre-fiber.

La pré-fibre est avantageusement entraînée vers le bain de lavage par au moins un rouleau. La pré-fibre pourrait également être portée par un tapis roulant constitué par de multiples rouleaux mus par des engrenages. L'utilisation d'un tapis roulant lors de l'étape de lavage permet d'éviter tout allongement incontrôlé de la pré-fibre. The pre-fiber is advantageously driven to the washing bath by at least one roller. The pre-fiber could also be carried by a treadmill constituted by multiple rolls driven by gears. The use of a treadmill during the washing step avoids uncontrolled elongation of the pre-fiber.

Une étape de séchage est également comprise dans le procédé selon l'invention. Cette étape peut avoir lieu soit directement après l'extraction, soit consécutivement au lavage. A drying step is also included in the process according to the invention. This step can take place either directly after extraction or after washing.

Notamment, si on souhaite obtenir une fibre enrichie en polymère (lorsque la solution de coagulation comprend un polymère),, il est souhaitable de sécher la pré-fibre directement après l'extraction. In particular, if it is desired to obtain a polymer-enriched fiber (when the coagulation solution comprises a polymer), it is desirable to dry the pre-fiber directly after the extraction.

Lorsque le séchage est consécutif au lavage, la présence d'un deuxième rouleau en sortie de bain de lavage permet son entraînement continu vers un four qui va sécher la pré-fibre grâce à de l'air chaud circulant dans un conduit intérieur du four. Il est nécessaire d'augmenter la vitesse de rotation de ce deuxième rouleau par rapport à la vitesse de celui situé à l'entrée du bain pour éviter une accumulation de pré-fibre dans le bain. When the drying is consecutive to washing, the presence of a second roll leaving the wash bath allows its continuous drive to an oven that will dry the pre-fiber through hot air circulating in an inner conduit of the oven. It is necessary to increase the rotational speed of this second roller relative to the speed of the one at the inlet of the bath to prevent a build-up of pre-fiber in the bath.

La pré-fibre est avantageusement entraînée vers le four par au moins un rouleau. Elle pourrait aussi être portée par un tapis roulant constitué par de multiples rouleaux mus par des engrenages. The pre-fiber is advantageously driven to the oven by at least one roller. It could also be carried by a treadmill consisting of multiple rolls driven by gears.

La dernière étape du procédé, bien connue de l'homme du métier, comprend le bobinage de la fibre ainsi obtenue par l'intermédiaire d'un bobinoir classique situé en bout de ligne de filage. The last step of the process, well known to those skilled in the art, comprises winding the fiber thus obtained via a conventional winder located at the end of the spinning line.

Le procédé selon l'invention peut également comprendre une étape d'étirage à chaud qui serait réalisée entre l'étape de séchage et l'étape de bobinage. The method according to the invention may also comprise a heat-stretching step that would be performed between the drying step and the winding step.

Le diamètre des fibres obtenues est compris entre 0,005 mm et 0,100 mm, et de préférence entre 0,02 mm et 0,04 mm. La longueur des fibres est indéfinie puisque tant que l'installation fonctionne, la production de fibre est continue. The diameter of the fibers obtained is between 0.005 mm and 0.100 mm, and preferably between 0.02 mm and 0.04 mm. The length of the fibers is indefinite since as long as the installation works, fiber production is continuous.

Un autre objet de l'invention est un dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention, c'est-à-dire pour l'obtention continue de fibres, comprenant au moins un réservoir contenant une solution de coagulation, au moins un réservoir contenant une dispersion de particules colloïdales, au moins un moyen d'amenée de ladite solution de coagulation, au moins un moyen d'amenée de ladite dispersion, au moins un moyen d'injection de ladite dispersion dans ladite solution de coagulation, au moins un moyen de circulation d'une pré-fibre dans un co-écoulement de ladite solution de coagulation, au moins un moyen d'extraction de la pré-fibre, éventuellement au moins un moyen de lavage, éventuellement au moins un moyen de séchage, au moins un moyen de bobinage, et au moins un moyen d'entraînement de la pré-fibre, de la fibre, caractérisé en ce que ledit moyen de circulation est une conduite dont la longueur L est définie par l'équation L = Tmin / V où Tmin est le temps de résidence minimum de la pré-fibre dans la solution de coagulation pour conférer à celle-ci une rigidité suffisante pour permettre son extraction et V est la vitesse d'écoulement de ladite solution de coagulation mesurée au centre de ladite conduite, et en ce que ledit moyen d'extraction est en configuration verticale. Another object of the invention is a device for implementing the method according to the invention, that is to say for the continuous production of fibers, comprising at least one reservoir containing a coagulation solution, at least one a reservoir containing a dispersion of colloidal particles, at least one means for feeding said coagulation solution, at least one means for feeding said dispersion, at least one means for injecting said dispersion into said coagulation solution, at least one means for circulating a pre-fiber in a co-flow of said coagulation solution, at least one means for extracting the pre-fiber, optionally at least one washing means, optionally at least one drying means at least one winding means, and at least one means for driving the pre-fiber, of the fiber, characterized in that said circulation means is a pipe whose length L is defined by the equation L = Tmin Where Tmin is the te mps of minimum residence of the pre-fiber in the coagulation solution to give it sufficient rigidity to allow its extraction and V is the flow rate of said coagulation solution measured in the center of said pipe, and in that said extraction means is in vertical configuration.

L'installation pour réaliser le procédé selon l'invention peut adopter soit une configuration verticale, soit une configuration horizontale, comme décrit précédemment. 19 Les réservoirs utilisables dans le dispositif selon l'invention sont tout type de réservoir connu de l'homme du métier. The installation for carrying out the method according to the invention can adopt either a vertical configuration or a horizontal configuration, as described above. The reservoirs that can be used in the device according to the invention are any type of reservoir known to those skilled in the art.

Les moyens d'amenée sont tout type de moyens connus de l'homme du métier tel que des tuyaux, des conduites, et des tubes ou conduits tubulaires. The supply means are any type of means known to those skilled in the art such as pipes, pipes, and tubes or tubular ducts.

Le moyen d'injection est notamment un injecteur qui peut être couplé à deux pompes, la première pompe servant à l'écoulement de la solution coagulante et la seconde servant à l'injection de la dispersion de particules colloïdales, comme notamment une pompe volumétrique telle qu'une pompe à engrenages. Dans le cas de l'utilisation d'une aiguille pour l'injection et d'un tube en verre pour le co-écoulement, l'injecteur permet un ajustement de la co-axialité de l'aiguille dans le tube en verre. En effet, il peut centrer l'aiguille par le serrage de vis de réglage situées à l'arrière de l'injecteur. The injection means is in particular an injector which can be coupled to two pumps, the first pump serving for the flow of the coagulating solution and the second serving for the injection of the dispersion of colloidal particles, such as in particular a volumetric pump such as than a gear pump. In the case of using a needle for injection and a glass tube for co-flow, the injector allows adjustment of the coaxiality of the needle in the glass tube. Indeed, it can center the needle by tightening adjustment screws located at the rear of the injector.

Le moyen de circulation d'une pré-fibre peut être tout moyen connu de l'homme du métier et avantageusement une conduite cylindrique. Cette conduite peut, notamment, être constituée d'un enchaînement de tubes cylindriques en verre ou d'un unique tube de longueur adaptée. Des tubes de différentes sections peuvent être utilisés comme, par exemple, des tubes de 2 mm et de 4 mm de diamètre interne. De manière avantageuse, on privilégie les tubes de petits diamètres, à savoir d'un diamètre interne compris entre 0,5 mm et 15 mm, et de préférence de 2 mm, afin d'éviter les inhomogénéités dues à la présence de bulles d'air. The means for circulating a pre-fiber may be any means known to those skilled in the art and advantageously a cylindrical pipe. This pipe may, in particular, consist of a series of cylindrical glass tubes or a single tube of suitable length. Tubes of different sections can be used such as, for example, tubes of 2 mm and 4 mm internal diameter. Advantageously, preference is given to tubes of small diameters, namely with an internal diameter of between 0.5 mm and 15 mm, and preferably of 2 mm, in order to avoid inhomogeneities due to the presence of bubbles. air.

Il est bien entendu que plus le diamètre interne du ou des tubes est petit et plus la pompe nécessaire pour la mise en écoulement doit être puissante. It is understood that the smaller the inner diameter of the tube or tubes, the more powerful the pump required for the flow.

Dans un mode de réalisation préféré, le moyen d'extraction en configuration verticale comprend à la sortie de la conduite, une pièce conique ou une pièce avec des évasements successifs. In a preferred embodiment, the extraction means in vertical configuration comprises at the outlet of the pipe, a conical piece or a piece with successive flares.

Le moyen d'entraînement de la pré-fibre ou de la fibre peut être au moins un rouleau ou un tapis roulant constitué par de multiples rouleaux mus par des engrenages. The means for driving the pre-fiber or the fiber may be at least one roller or conveyor belt constituted by multiple rollers driven by gears.

Le dispositif selon l'invention peut également comprendre des équipements supplémentaires sur la ligne de filage comme notamment des rouleaux d'étirage à chaud situés entre le four et le bobinoir. The device according to the invention may also comprise additional equipment on the spinning line, such as, in particular, hot drawing rollers located between the oven and the winder.

Un autre objet de l'invention est une fibre susceptible d'être obtenu suivant le procédé de l'invention. Another subject of the invention is a fiber that can be obtained according to the process of the invention.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre. Des formes et des modes de réalisation de l'invention sont donnés à titre d'exemples non limitatifs, illustrés par les dessins joints dans lesquels : - la figure unique illustre une vue générale de l'installation permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the description which follows. Embodiments and embodiments of the invention are given by way of non-limiting examples, illustrated by the accompanying drawings, in which: - the single figure shows a general view of the installation allowing the implementation of the process according to the invention; 'invention.

EXEMPLE Exemple 1 : procédé de fabrication d'une fibre composite en continu Cet exemple est illustré par la figure annexée qui représente une vue générale d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention dans un mode de réalisation préféré. 10 La figure représente une installation 1 pour la production continue de fibres homogènes à base de NTC. Cette installation 1 comprend deux réservoirs 2 et 3 reliés à un injecteur 4 par des tuyaux 5 et 6 respectivement. L'injecteur 15 4 comprend en sortie une aiguille 7 qui traverse longitudinalement et de manière centrale une conduite cylindrique 8 en verre. Une zone d'extraction 9, en configuration verticale, est située en sortie de la conduite 8 et comprend une enceinte extérieure 10 reliée au réservoir 20 3 par un tuyau 12 et une pièce conique 11 surmontant la conduite 8. Des rouleaux 13, 14 et 15 permettent l'entraînement. de la pré-fibre 16 ainsi obtenue vers une unité de lavage 17, une unité de séchage (ou four) 18 et une unité de bobinage (ou bobinoir) 19, respectivement. 25 On a dispersé par ultrasonication 0,3% en poids de nanotubes monoparois Eiicarb" de la société Thomas Swan dans une solution comprenant de l'eau et 1% en poids de dodécylsulfate de sodium (SDS). La dispersion est disposée dans le réservoir 30 2. Dans le réservoir 3, on utilise en tant que solution coagulante, une solution à 5% en poids d'alcool polyvinylique (PVA) Mowiol 56-98 de la société Clariant de masse moléculaire 195 kDa.5 La dispersion de NTC du réservoir 2 est amenée par le tuyau 5 à l'injecteur 4 tandis que la solution coagulante de polymère du réservoir 3 est amenée par le tuyau 6 à l'injecteur 4. La dispersion est. injectée dans la conduite cylindrique 8 via l'aiguille 7 d'un diamètre de 0,3 mm, à une vitesse moyenne d'injection de 4,2 m/min. La vitesse moyenne d'écoulement de la solution coagulante de polymère dans la conduite est de V' = 4,4 m/min, ce qui correspond à une vitesse au centre de la conduite de 8,8 m/min. Une pré-fibre 16 est ainsi formée dans la conduite 8. EXAMPLE Example 1: Method of Manufacturing a Continuous Composite Fiber This example is illustrated by the attached figure which represents a general view of an installation for carrying out the method according to the invention in a preferred embodiment. The figure represents a plant 1 for the continuous production of homogeneous CNT-based fibers. This installation 1 comprises two tanks 2 and 3 connected to an injector 4 by pipes 5 and 6 respectively. The injector 4 comprises at the outlet a needle 7 which passes longitudinally and centrally through a cylindrical pipe 8 of glass. An extraction zone 9, in vertical configuration, is located at the outlet of the pipe 8 and comprises an outer enclosure 10 connected to the tank 20 3 by a pipe 12 and a conical part 11 overlying the pipe 8. Rollers 13, 14 and 15 allow training. pre-fiber 16 thus obtained to a washing unit 17, a drying unit (or oven) 18 and a winding unit (or winder) 19, respectively. 0.3% by weight of Thomas Swan single-board nanotubes Eiicarb was dispersed by ultrasonication in a solution comprising water and 1% by weight of sodium dodecyl sulphate (SDS) The dispersion is placed in the tank 2. In the tank 3, a 5% by weight solution of polyvinyl alcohol (PVA) Mowiol 56-98 from Clariant with a molecular weight of 195 kDa is used as the coagulating solution. tank 2 is fed through the pipe 5 to the injector 4 while the coagulating polymer solution of the tank 3 is fed through the pipe 6 to the injector 4. The dispersion is injected into the cylindrical pipe 8 via the needle 7 having a diameter of 0.3 mm, at an average injection speed of 4.2 m / min The average flow rate of the coagulating polymer solution in the pipe is V '= 4.4 m / min. min, which corresponds to a speed at the center of the pipe of 8.8 m / min A pre-fiber 16 is then i formed in the pipe 8.

La conduite 8 est constituée d'une pluralité de tubes dont le diamètre est de 6 mm. La longueur de la conduite 8 est ajustée afin que le temps de résidence soit minimal, selon l'équation L = Tm,n / (2*V'), où 2*V' est la vitesse d'écoulement au centre de la conduite. The pipe 8 consists of a plurality of tubes whose diameter is 6 mm. The length of the pipe 8 is adjusted so that the residence time is minimal, according to the equation L = Tm, n / (2 * V '), where 2 * V' is the flow velocity at the center of the pipe .

En sortie de la conduite 8, l'extraction continue de la pré-fibre est effectuée en configuration verticale par débordement à l'aide de la pièce conique 11 située au sommet de la conduite. La solution coagulante de polymère est redirigée vers l'enceinte extérieure 10 puis est ramenée au réservoir 3 par le tuyau 12. Simultanément, la pré-fibre 16 est entraînée de manière continue par le rouleau 13 jusqu'au bain de lavage 17 afin d'éliminer une partie du polymère périphérique et ainsi d'enrichir la composition de la pré-fibre en NTC. La pré-fibre 16 est ensuite entraînée par le rouleau 14 vers le four 18 où elle est séchée grâce à de l'air chaud. Une fois séchée, une fibre 20 ainsi obtenue est entraînée par un rouleau 15 jusqu'à un bobinoir 19 pour être enroulée autour d'une bobine et aisément stockée. At the outlet of the pipe 8, the continuous extraction of the pre-fiber is carried out in an overflow vertical configuration by means of the conical part 11 situated at the top of the pipe. The coagulant polymer solution is redirected to the outer enclosure 10 and is then returned to the tank 3 by the pipe 12. Simultaneously, the pre-fiber 16 is driven continuously by the roller 13 to the washing bath 17 in order to remove a portion of the peripheral polymer and thus enrich the composition of the pre-fiber in CNT. The pre-fiber 16 is then driven by the roller 14 to the oven 18 where it is dried by hot air. Once dried, a fiber 20 thus obtained is driven by a roll 15 to a winder 19 to be wrapped around a spool and easily stored.

Exemple 2 : évaluation de Tmin Example 2: Evaluation of Tmin

On a étudié la solidité des fibres, obtenues comme décrit à l'exemple ainsi que leur tenue en faisant varier la longueur L de la conduite 8 afin de pouvoir évaluer le temps de résidence minimum dans ces conditions bien déterminées. Les résultats sont réunis dans le tableau I ci-dessous. The strength of the fibers obtained as described in the example and their resistance were studied by varying the length L of the pipe 8 in order to be able to evaluate the minimum residence time under these well-defined conditions. The results are summarized in Table I below.

Longueur Vitesse Vitesse au centre Temps de Ln (m) moyenne de la conduite résidence (m/min) (m/min) théorique (= 2* Vitesse moyenne) (s) L1 = 10, 6 4, 4 8, 8 75 L2 = 7, 6 4, 4 8, 8 52 L3 = 4,6 4,4 8,8 32 L4 = 2,5 4,4 8,8 17 On constate qu'en utilisant une conduite de longueur L1 (4,5 m aller + 0,6 m virage + 4,5 m retour + 1 m extraction verticale) et L2 (3 m aller + 0,6 m virage + 3 m retour + 1 m extraction verticale), les pré-fibres obtenues sont robustes et manipulables. Elles peuvent être extraites de manière continue avec un rouleau à une vitesse de 11 m/min environ. Length Speed Center speed Average Ln (m) time of the average residential pipe (m / min) (m / min) (= 2 * Average speed) (s) L1 = 10, 6 4, 4 8, 8 75 L2 = 7, 6 4, 4 8, 8 52 L3 = 4.6 4.4 8.8 32 L4 = 2.5 4.4 8.8 17 It can be seen that using a pipe of length L1 (4.5 m + 0.6m turn + 4.5m return + 1m vertical extraction) and L2 (3m + 0.6m turn + 3m return + 1m vertical extraction), the resulting pre-fibers are robust and manipulable. They can be extracted continuously with a roller at a speed of about 11 m / min.

Avec la longueur L3 (1,5 m aller + 0,6 m virage + 1,5 m retour + 1 m extraction verticale), la pré-fibre a de la tenue mais est difficilement manipulable. On parvient à l'extraire de manière continue mais avec difficulté. With the length L3 (1.5 m going + 0.6 m bend + 1.5 m return + 1 m vertical extraction), the pre-fiber has hold but is difficult to manipulate. We manage to extract it continuously but with difficulty.

Avec la longueur L4 (1,5 m aller + 1 m extraction verticale), la pré-fibre n'est pas suffisamment robuste et ne peut pas être extraite de manière continue. With the length L4 (1.5m + 1m vertical extraction), the pre-fiber is not robust enough and can not be extracted continuously.

Au vu de ces résultats et dans les conditions précisées, on évalue le temps de résidence minimum à Tmin = 30 s. In view of these results and under the specified conditions, the minimum residence time at Tmin = 30 s is evaluated.

Claims (14)

REVENDICATIONS 1. Procédé continu d'obtention de fibres composites, ledit procédé comprenant : - la dispersion de particules colloïdales dans un solvant à l'aide éventuellement d'un agent tensioactif, - l'injection de la dispersion de particules colloïdales dans un co-écoulement d'une solution de coagulation pour former une pré-fibre, - la circulation de ladite pré-fibre dans une conduite, - l'extraction de ladite pré-fibre, - le lavage éventuel de ladite pré-fibre, - le séchage de ladite pré-fibre pour obtenir une fibre, et - le bobinage de la fibre ainsi obtenue, caractérisé en ce que le temps de résidence minimum de la pré-fibre au sein de ladite conduite est ajusté de manière à ce que la pré-fibre ait une résistance mécanique suffisante pour être extraite de ladite conduite, et en ce que l'extraction de ladite pré-fibre est une extraction verticale continue. 1. A continuous process for obtaining composite fibers, said process comprising: the dispersion of colloidal particles in a solvent possibly using a surfactant, the injection of the dispersion of colloidal particles into a co-flow a coagulation solution to form a pre-fiber, - the circulation of said pre-fiber in a pipe, - the extraction of said pre-fiber, - the possible washing of said pre-fiber, - the drying of said pre-fiber to obtain a fiber, and - the winding of the fiber thus obtained, characterized in that the minimum residence time of the pre-fiber within said pipe is adjusted so that the pre-fiber has a sufficient mechanical strength to be extracted from said pipe, and in that the extraction of said pre-fiber is a continuous vertical extraction. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules colloïdales sont choisies parmi les nanotubes tels que les nanotubes de carbone, le sulfure de tungstène, le sulfure de molybdène, le nitrure de bore, l'oxyde de vanadium, les whiskers de cellulose, les whiskers de carbure de silicium, et les plaquettes d'argile. 2. Method according to claim 1, characterized in that the colloidal particles are chosen from nanotubes such as carbon nanotubes, tungsten sulphide, molybdenum sulphide, boron nitride, vanadium oxide, whiskers. cellulose, whiskers of silicon carbide, and clay platelets. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les particules colloïdales sont des nanotubes de carbone. 3. Method according to claim 2, characterized in that the colloidal particles are carbon nanotubes. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les nanotubes ont une longueur de 0,1 à 20 }gym. 4. Process according to claim 3, characterized in that the nanotubes have a length of 0.1 to 20 μm. 5. Procédé selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que les nanotubes ont un diamètre allant de 0,1 à 100 nm, de préférence de 0,4 à 50 nm et, mieux, de 1 à 30 nm. 5. Method according to claim 3 or claim 4, characterized in that the nanotubes have a diameter ranging from 0.1 to 100 nm, preferably from 0.4 to 50 nm and better still from 1 to 30 nm. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la solution de coagulation comprend un agent coagulant choisi parmi un polymère tel qu'un polyalcool, notamment un alcool polyvinylique, un alginate ou de la cellulose ; et un minéral comme l'argile. 6. Process according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the coagulation solution comprises a coagulant agent chosen from a polymer such as a polyalcohol, especially a polyvinyl alcohol, an alginate or cellulose; and a mineral like clay. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le polymère est l'alcool polyvinylique. 7. Process according to claim 6, characterized in that the polymer is polyvinyl alcohol. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la vitesse d'écoulement de la solution de coagulation mesurée au centre de la conduite est de 1 m/min à 100 m/min, de préférence de 2 m/min à 50 m/min, et encore plus préférentiellement de 5 m/min à 25 m/min. 8. Method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the flow rate of the coagulation solution measured at the center of the pipe is 1 m / min to 100 m / min, preferably 2 m / min at 50 m / min, and even more preferably from 5 m / min to 25 m / min. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'extraction est une extraction continue par débordement de la solution de coagulation. 27 9. Process according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the extraction is a continuous extraction by overflow of the coagulation solution. 27 10. Dispositif pour l'obtention continue de fibres comprenant au moins un réservoir (3) contenant une solution de coagulation, au moins un réservoir (2) contenant une dispersion de particules colloïdales, au moins un moyen d'amenée (6) de ladite solution de coagulation, au moins un moyen d'amenée (5) de ladite dispersion, au moins un moyen d'injection (4) de ladite dispersion dans ladite solution de coagulation, au moins un moyen de circulation (8) d'une pré-fibre (16) dans un co-écoulement de ladite solution de coagulation, au moins un moyen d'extraction (9) de la pré-fibre (16), éventuellement au moins un moyen de lavage (17), au moins un moyen de séchage (18), au moins un moyen de bobinage (19), et au moins un moyen d'entraînement de la pré-fibre (13, 14, 15) ou de la fibre, caractérisé en ce que ledit moyen de circulation (8) est une conduite dont la longueur L est définie par l'équation L = Tmin / V où Tmin est le temps de résidence minimum de la pré-fibre dans la solution de coagulation et V est la vitesse d'écoulement de ladite solution de coagulation mesurée au centre de ladite conduite, et en ce que ledit moyen d'extraction (9) est en configuration verticale. 10. Apparatus for continuously obtaining fibers comprising at least one reservoir (3) containing a coagulation solution, at least one reservoir (2) containing a dispersion of colloidal particles, at least one feed means (6) of said coagulation solution, at least one feed means (5) for said dispersion, at least one injection means (4) for said dispersion in said coagulation solution, at least one circulation means (8) -fiber (16) in a co-flow of said coagulation solution, at least one extraction means (9) of the pre-fiber (16), optionally at least one washing means (17), at least one means for drying (18), at least one winding means (19), and at least one means for driving the pre-fiber (13, 14, 15) or fiber, characterized in that said circulation means ( 8) is a pipe whose length L is defined by the equation L = Tmin / V where Tmin is the minimum residence time of the pre-fiber in the coagulation solution and V is the flow rate of said coagulation solution measured at the center of said pipe, and in that said extraction means (9) is in a vertical configuration. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le moyen de circulation (8) est une conduite dont le diamètre interne est compris entre 0,5 mm et 15 mm, et de préférence de 2 mm. 11. Device according to claim 10, characterized in that the circulation means (8) is a pipe whose inner diameter is between 0.5 mm and 15 mm, and preferably 2 mm. 12. Dispositif selon la revendication 10 ou la revendication 11, caractérisé en ce que le moyen d'extraction (9) comprend une pièce conique ou une pièce avec des évasements successifs en sortie du moyen de circulation. 12. Device according to claim 10 or claim 11, characterized in that the extraction means (9) comprises a conical piece or a piece with successive flares at the outlet of the circulation means. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que le moyen d'entraînement (13, 14, 15) de la pré- fibre ou de la fibre est choisi parmi un rouleau et un tapis roulant constitué par de multiples rouleaux mus par des engrenages. 13. Device according to any one of claims 10 to 12, characterized in that the drive means (13, 14, 15) of the pre-fiber or fiber is selected from a roller and a treadmill constituted by multiple rolls driven by gears. 14. Fibre susceptible d'être obtenue suivant le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. 14. Fiber obtainable by the method according to any one of claims 1 to 9.
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